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(11) | EP 2 352 904 B1 |
| (12) | EUROPEAN PATENT SPECIFICATION |
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| (54) |
WASTE HEAT ENGINE ABWÄRMEMOTOR MOTEUR DE RÉCUPÉRATION DE CHALEUR |
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| Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of opposition shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee has been paid. (Art. 99(1) European Patent Convention). |
BACKGROUND OF THE INVENTION
Field of the Invention
Discussion of the Related Art
Objects and Advantages of the Invention
Summary of the Invention
Brief Description of the Drawings
Figure 1 is an elevational view, shown in cross-section, of the waste heat engine;
Figure 2 is an isolated cross-sectional view taken from the area indicated as 2 in Figure 1;
Figure 3 is an isolated top plan view showing a spider bearing (i.e., crank disk) and a piston and cylinder arrangement of the waste heat engine;
Figure 4 is an isolated top plan view in cross-section, showing a steam intake valve and intake valve control assembly for controlling a low pressure steam or gas injection into each of the cylinders of the waste heat engine;
Figure 5A is an isolated top plan view, shown in cross-section, taken from the area indicated as 5A in Figure 4 showing a bearing cam roller positioned in contact with one cam follower on an inboard and of a valve stem, thereby urging the intake valve on the opposite end of the valve stem to an open position;
Figure 5B is the same isolated cross-sectional view as shown in Figure 5A, with the bearing cam roller shown in simultaneous contact with two adjacently positioned cam followers on inboard ends of valve stems that are spaced radially about a cam follower guide ring surrounding the rotational path of the bearing cam roller;
Figure 6 is an isolated view, shown in cross-section, taken from the area indicated as 6 in Figure 4, showing an intake valve at one of the cylinders in an open position to thereby allow injection of low pressure steam or gas into the top of the cylinder;
Figure 7 is an isolated view, shown in cross-section, showing the intake valve of Figure 6 in a closed position;
Figures 8A-8D illustrate reciprocating movement of a piston within a cylinder from a top dead center position through an exhaust stroke;
Figure 9 is a top plan view, in partial cross-section, taken along the plane of a line indicated as 9-9 in Figure 1; and
Figure 10, is a perspective view of the exterior of the waste heat engine.
Detailed Description of the Preferred Embodiment
a plurality of cylinders arranged in a radial configuration surrounding a central area, and each of said cylinders having a reciprocating piston assembly that is operably moveable through a downward power stroke and an upward returning exhaust stroke, and each piston assembly including a piston moveably disposed within the cylinder and a connecting rod pivotally linked at a first end to said piston and extending from the cylinder and terminating at an opposite second end within the central area;
a crankshaft extending axially through said engine along a longitudinal central rotational axis and including an upper end portion and a lower end portion and said crankshaft being rotatable about said central longitudinal axis;
a crank disk drivingly linked to the upper end portion of the crankshaft and moveable about a central pivot axis of said crank disk that is offset relative to the central rotational axis of the crankshaft so that said crank disk moves in an orbital motion about said central rotational axis as the crankshaft rotates;
a steam distribution assembly including a manifold for receiving a supply of steam and a plurality of steam inlet valve assemblies connected to said manifold for controllably injecting pressurized steam into the cylinders, and each of said plurality of steam inlet valve assemblies including a steam inlet valve at each of said plurality of said cylinders, and said stem inlet valve at each cylinder including a valve member operable between an open position and a closed position relative to a valve seat, and an inlet port extending between the valve seat and an interior of the cylinder above the piston, and each of said steam inlet valves further including a valve stem extending from the valve member to an inboard end, and said inboard and having a spring urged cam follower fitted thereto;
a cam roller moveable about a circular path upon rotation of said crank disk and the crankshaft to sequentially engage the spring urged cam followers on the inboard ends of the valve stems and momentarily urge the valve member away from the valve seat, thereby opening the inlet valve and allowing injection of the steam into the cylinder in order to force the piston through the downward power stroke and move the crank disk in the orbital motion, thereby rotating the crankshaft;
a reed valve flap fastened to a top of the piston in each of said plurality of cylinders and defining an exhaust valve, and said reed valve flap being moveable between a closed position against the top of the piston and an open position defined by said reed valve flap at least partially lifted away from the top of the piston;
a valve lifter on each of said connecting rods, said valve lifter being structured and disposed to engage said reed valve flap as said piston approaches a top of the upward returning exhaust stroke, to thereby lift and open said reed valve flap and allow steam within a top portion of the cylinder to exhaust through the cylinder and into the central area;
a condenser including a condenser chamber communicating with the central area for receiving the exhaust steam;
a blower structured and disposed to direct a cooling airflow over an exterior surface of the condenser, thereby condensing the steam within the condenser into liquid;
a pump operably driven by rotation of said crankshaft for pumping the liquid from the condenser to an external steam generating source; and
an electric power generator device operably linked to the crankshaft and operated by rotation of the crankshaft to thereby produce electric power.
ear members protruding from opposite sides of each of said connecting rods on said opposite second end;
restrictor pins on said crank disk for engaging said ear members on the second end of the connecting rods for limiting angular deflection of each of said connecting rods during movement of said reciprocating piston assembly through the downward power stroke and the upward returning exhaust stroke.
eine Vielzahl von Zylindern, die in einer radialen Konfiguration angeordnet sind, die einen mittleren Bereich umgibt, und wobei jeder der Zylinder eine sich hin und her bewegende Kolbenanordnung hat, die betriebsmäßig über einen abwärts gerichteten Leistungshub und einen aufwärts gerichteten umgekehrten Auslasshub bewegbar ist, und wobei jede Kolbenanordnung einen Kolben aufweist, der bewegbar in dem Zylinder angeordnet ist und eine Pleuelstange, die schwenkbar an einem ersten Ende mit dem Kolben verbunden ist und sich von dem Zylinder erstreckt, und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende in dem mittleren Bereich endet;
eine Kurbelwelle, die sich axial durch den Motor entlang einer mittigen Längsdrehachse erstreckt und einen oberen Endteil und einen unteren Endteil aufweist, und wobei die Kurbelwelle um die mittige Längsachse drehbar ist;
eine Kurbelscheibe, die treibend mit dem oberen Endteil der Kurbelwelle verbunden ist und um eine mittige Schwenkachse der Kurbelscheibe bewegbar ist, die relativ zur mittigen Drehachse der Kurbelwelle versetzt ist, so dass die Kurbelscheibe sich in einer Orbital- bzw. Umlaufbewegung um die mittige Drehachse bewegt, wenn sich die Kurbelwelle dreht;
eine Dampfverteilungsanordnung, die eine Sammelleitung aufweist, um eine Dampflieferung aufzunehmen, und eine Vielzahl von Dampfeinlassventilanordnungen, die mit der Sammelleitung verbunden sind, um in steuerbarer Weise unter Druck gesetzten Dampf in die Zylinder einzuspritzen, und wobei jede der Vielzahl von Dampfeinlassventilanordnungen ein Dampfeinlassventil an jedem der Vielzahl von Zylindern aufweist, und wobei das Dampfeinlassventil an jedem Zylinder ein Ventilglied aufweist, welches bezüglich eines Ventilsitzes zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betätigbar ist, und einen Einlassanschluss, der sich zwischen dem Ventilsitz und einem Innenraum des Zylinders über dem Kolben erstreckt, und wobei jedes der Dampfeinlassventile weiter einen Ventilschaft aufweist, der sich von dem Ventilglied zu einem innenbordliegenden Ende erstreckt, und wobei das innenbordliegende Ende eine dazu passende federgetriebene Nockenfolgevorrichtung hat;
eine Nockenrolle, die bei einer Drehung der Kurbelscheibe und der Kurbelwelle unreine kreisförmigen Pfad bewegbar ist, um sequentiell die federgetriebenen Nockenfolgevorrichtungen an den innenbordliegenden Enden der Ventilschäfte in Eingriff zu bringen und momentan das Ventilglied weg vom Ventilsitz zu drücken, wodurch das Einlassventil geöffnet wird und eine Einspritzung von Dampf in den Zylinder gestattet wird, um den Kolben über den abwärts gerichteten Leistungshub zu drücken und die Kurbelscheibe in der Orbitalbewegung zu bewegen, wodurch die Kurbelwelle gedreht wird;
eine Membranventilklappe, die an einem Oberteil des Kolbens in jedem der Vielzahl von Zylindern befestigt ist und ein Auslassventil definiert, und wobei die Membranventilklappe zwischen einer geschlossenen Position an dem Oberteil des Kolbens und einer offenen Position bewegbar ist, die dadurch definiert wird, dass die Membranventilklappe zumindest teilweise vom Oberteil des Kolbens abgehoben ist;
eine Ventilhubvorrichtung an jeder der Pleuelstangen, wobei die Ventilhubvorrichtung so strukturiert und angeordnet ist, dass sie mit der Membranventilklappe in Eingriff kommt, wenn der Kolben sich einem oberen Teil des aufwärts gerichteten umgekehrten Auslasshubes nähert, um dadurch die Membranventilklappe anzuheben und zu öffnen, und zu gestatten, dass Dampf innerhalb eines oberen Teils des Zylinders durch den Zylinder und in den mittleren Bereich austritt;
einen Kondensator, der eine Kondensatorkammer aufweist, die mit dem mittleren Bereich in Verbindung steht, um den austretenden Dampf aufzunehmen;
ein Gebläse, das so strukturiert und angeordnet ist, dass es einen kühlenden Luftflüss über eine Außenfläche des Kondensators leitet, wodurch der Dampf in dem Kondensator zu Flüssigkeit kondensiert;
eine Pumpe, die betriebsmäßig durch eine Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird, um die Flüssigkeit vom Kondensator zu einer externen Dampferzeugungsquelle zu pumpen; und
eine Generatorvorrichtung für elektrische Leistung, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle verbunden ist und durch eine Drehung der Kurbelwelle betrieben wird, um dadurch elektrische Leistung zu erzeugen.
Ansatzglieder, die von gegenüberliegenden Seiten von jeder der Pleuelstangen an dem gegenüberliegenden zweiten Ende vorstehen;
Begrenzungsstifte an der Kurbelscheibe, um mit den Ansatzgliedern an dem zweiten Ende von jeder der Pleuelstangen in Eingriff zu kommen, um eine Winkelauslenkung von jeder der Pleuelstangen während einer Bewegung der sich hin und her bewegenden Kolbenanordnung über den abwärts gerichteten Leistungshub und den aufwärts gerichteten umgekehrten Auslasshub zu begrenzen.
une pluralité de cylindres agencés en configuration radiale entourant une région centrale, et chacun des cylindres comportant un ensemble piston alternatif qui est mobile fonctionnellement entre une course de travail vers le bas et une course d'échappement revenant vers le haut, et chaque ensemble piston comprenant un piston disposé de façon mobile dans le cylindre et une bielle de connexion liée de façon pivotante au piston au niveau d'une première extrémité et s'étendant à partir du cylindre et se terminant au niveau d'une deuxième extrémité opposée dans la région centrale ;
un vilebrequin s'étendant axialement à travers le moteur le long d'un axe de rotation central longitudinal et comprenant une portion d'extrémité supérieure et une portion d'extrémité inférieure et le vilebrequin pouvant tourner autour de l'axe longitudinal central ;
un disque de vilebrequin en liaison d'entraînement avec la portion d'extrémité supérieure du vilebrequin et mobile autour d'un axe pivot central du disque de vilebrequin qui est décalé par rapport à l'axe de rotation central du vilebrequin de telle sorte que le disque de vilebrequin se déplace dans un mouvement orbital autour de l'axe de rotation central lorsque le vilebrequin tourne ;
un ensemble de distribution de vapeur comprenant un distributeur pour recevoir une alimentation en vapeur et une pluralité d'ensembles de soupape d'admission de vapeur connectés au distributeur pour injecter de façon contrôlée de la vapeur sous pression dans les cylindres, et chacun de la pluralité d'ensembles de soupape d'admission de vapeur comprenant une soupape d'admission de vapeur au niveau de chacun de la pluralité de cylindres, et la soupape d'admission de vapeur au niveau de chaque cylindre comprenant un élément de soupape actionnable entre une position ouverte et une position fermée par rapport au siège de soupape, et un accès d'admission s'étendant entre le siège de soupape et l'intérieur du cylindre au-dessus du piston, et chacune des soupapes d'admission de vapeur comprenant en outre une tige de soupape s'étendant à partir de l'élément de soupape vers une extrémité intérieure, et comportant un suiveur de came sollicité par un ressort fixé dessus ;
un galet de came mobile autour d'un chemin circulaire lors de la rotation du disque de vilebrequin et du vilebrequin pour contacter séquentiellement les suiveurs de came sollicités par ressort sur les extrémités intérieures des tiges de soupape et solliciter momentanément l'élément de soupape pour l'éloigner du siège de soupape, ouvrant ainsi la soupape d'admission et permettant l'injection de la vapeur dans le cylindre afin de forcer le piston dans la course de travail vers le bas et déplacer le disque de vilebrequin dans le mouvement orbital, faisant ainsi tourner le vilebrequin ;
un clapet à lamelle fixé au sommet du piston dans chacun de la pluralité de cylindres et définissant une soupape d'échappement, et le clapet à lamelle étant mobile entre une position fermée contre le sommet du piston et une position ouverte définie par le clapet à lamelle au moins partiellement soulevé pour s'éloigner du sommet du piston ;
un leveur de soupape sur chacune des bielles de connexion, le leveur de soupape étant agencé et disposé de façon à contacter le clapet à lamelle lorsque le piston s'approche du haut de la course d'échappement revenant vers le haut, pour soulever et ouvrir ainsi le clapet à lamelle et laisser la vapeur présente dans une portion supérieure du cylindre s'échapper à travers le cylindre et dans la région centrale ;
un condenseur comprenant une chambre de condenseur communiquant avec la région centrale pour recevoir le flux d'échappement ;
un dispositif de soufflage agencé et disposé de façon à diriger un flux d'air de refroidissement sur la surface extérieure du condenseur, condensant ainsi en liquide la vapeur se trouvant dans le condenseur ;
une pompe entraînée fonctionnellement en rotation par le vilebrequin pour pomper le liquide dans le condenseur vers une source de génération de vapeur externe ; et
un dispositif générateur d'énergie électrique lié fonctionnellement au vilebrequin et actionné par la rotation du vilebrequin pour produire ainsi de l'énergie électrique.
des éléments d'oreilles faisant saillie à partir de côtés opposés de chacune des bielles de connexion sur la deuxième extrémité opposée ;
des broches de restriction sur le disque de vilebrequin pour contacter les éléments d'oreilles sur la deuxième extrémité des bielles de connexion pour limiter la déviation angulaire de chacune des bielles de connexion pendant un mouvement de l'ensemble piston alternatif dans la course de travail vers le bas et la course d'échappement revenant vers le haut.
une bague de guidage de suiveur de came entourant la région centrale et agencée et disposée pour maintenir les suiveurs de came sollicités par ressort dans un agencement espacé radialement autour de la région centrale.